探究水电站自动化控制相关技术

徐东

（广西水利电业集团新疆克州水利发电有限公司 新疆克州 845350）

探究水电站自动化控制相关技术

徐东

（广西水利电业集团新疆克州水利发电有限公司 新疆克州 845350）

水电站工程的快速发展，为我国各地区的经济建设、工业发展、农业发展，及人们日常生活提供了安全、稳定的电力。自动化技术应用于水电站，能够有效提高水电站的运营效率，保障水电站的运行稳定与安全。因此，在升级改造水电站运营管理中，合理运用自动化技术就显得尤为重要。水电站中运用自动化技术，一般是通过预设程序，进行水电站的运行管理，及时检测故障与预警，从而提高水电站运行效率。我国的水电站自动化控制技术仍处于初级阶段，因此，需要加强技术的探究与实践。

水电站；自动化；控制技术

1 前言

随着我国电能需求量的增大，水电站的运行管理也被提出了更高的要求。水电站的运行管理中不仅要提高工作效率，满足人们的发展用电，而且还要在运行过程中保障电力能源供应的稳定与安全。然而电机设备的陈旧与落后，已经不能满足水电站企业的基本生产要求，因此，水电站必须要充分利用现代技术，将自动化控制技术应用于水电站运营管理中。随着网络技术、信息技术、通讯技术的发展，自动化控制技术逐渐成熟，并得到了广泛的应用。水电站是我国的主要支柱产业之一，其电机设备装置较复杂，人员操作难度较大，而自动化技术却能够有效提高电机设备的工作效率和工作质量，为水电站企业的稳定、持续发展奠定坚实的基础。

2 水电站综合自动化控制系统的结构

2.1 集中式控制系统

集中式控制系统主要是对整个水电站的运行加以集中监视、控制。集中式控制系统的所有操作及控制命令等都由计算机发出，并对水电站的相应信息进行集中处理。因此，这种控制系统在运行中，一旦计算机出现故障，就会使整个水电站运行系统陷入瘫痪[1]。一般，集中式控制系统在大型、中型水电站运用得比较多。在主接线简单，机组容量、机组数量、送变电设备的小型水电站中，集中式控制系统不具备较强的可运用性，只能作为参考模式，减小运行投资。

2.2 功能分散式控制系统

功能分散式控制系统一项最主要特征便是各系统功能较分散，能够结合地域、危险性、功能性、负载量等因素，按不同系统的使用功能，设立不同的使用设备，且这些设备具有独立运行、独立完成各项工作任务的功能。

2.3 分层分布式控制系统

分布式控制系统是以控制对象为基本单元，设置的多套相应装置，对控制对象进行数据的采集、处理等。一般来说，分层分布式控制系统会与与电厂分层控制系统相结合，从而形成水电站分层分布式控制系统。分层分布式监控系统最突出的优势就是能够实现功能拓展及系统升级，具有较强的开发性和便捷性，能够有效保护使用者的相关利益。分层分布结构如图1所示。

图1 分层分布式系统结构图

分层分布式控制系统有多个特点，包括：①采用开放式、全分布结构，但各间隔层及站控级的计算机系统间相互独立，当局部任何单元出现故障时，其独立单元及控制设备都能正常工作。②分层分布式控制系统采用多CPU的处理方式，并严格遵循保护、监控相独立配置的原则，以免站控级的计算机出现故障或异常，影响保护功能的正常工作和独立作用。③分层分布式控制系统能够保留独立于监控系统的简单强电式直接监控功能，以保证当监控系统出现故障或需要检修时，水电站能够安全运行。④分层分布式控制系统由标准化的计算机软硬件构成，因此组合灵活，能够适应计算机的兼容、互换、扩散等要求。⑤另外，该系统采用信号隔离技术，因此具有一定的软件、硬件滤波，能够屏蔽接地、防雷击，具有较好的抗干扰能力。⑥该系统的控制软件运用开放式的设计原则，能够通过规约转换，件调速器、励磁系统等通信协议不相同的相应设备的信息接入系统内。⑦该系统具备人机接口，且界面友好，画面清晰，所有保护软件、硬件的压板，能够有效保护各参数，且间隔单元都配有电器参数的大屏幕，能够供用户进行相应操作。⑧分层分布式控制系统还具备自我诊断、防误操作、自行恢复等功能，能够有效保护跳闸出口，让水电站运行更加稳定高效。

3 水电站自动化技术控制对象

水电站利用自动化控制技术，其控制的对象与内容一般与水电站自身的规模、运行方式、性质、主要电气设备、各设备的主接线布置方式和形式、电力系统在水电站中的主要性等具有重要的关系。从水电站的自动化控制技术层面来说，水电站的控制内容一般包括：

（1）水电站自动化控制技术需要对于水轮发电机组运作方式加以控制，实现自动开机、关机，并形成调相转发电、发电转调相的互动转换，使这些基本操作能够依据预设程序进行自动化运行与控制。

（2）水电站自动化控制技术的控制对象还包括对水轮发电机组、各辅助设备等实际运行状况进行控制、监测。包括对发电机转子、定子回路的各电量全程监控；对发电机组的冷却系统、调速系统、机组润滑状况的实时监控；对发动机定子绕组及铁芯、各部轴承温度的实时监控等，当发现上述电机组运行不正常，或出现故障，自动化控制系统应及时采取保护、控制机组的相关措施。

（3）水电站的自动化控制系统还应对各类水工建筑物工况或运行状况进行控制监督。包括对水电站闸门状况的控制监督、拦污栅淤塞情况的控制监督、上中下游水位测量的控制监督等。

4 自动化控制技术在水电站中的实际应用

4.1 水文信息的自动化控制技术

水电站的运行管理最重要的一项控制对象为水文信息，水文信息的自动化控制对整个水电站的运行管理都具有重要的作用。水文信息自动化控制一般由计算机、各传感器、通讯设备等组成，能够对水温进行实施数据收集、传输、处理。水温信息自动化控制通常划分为三个部分，即遥测站、水文信息传输通道及中心控制站，每部分都对相应的水文信息具有控制监测的功能，能够实现水电站的前期运行安全。相对来说，水电站运行水头的变化范围较大，因此，在水电站的运行前期的管理中，必须对各水文信息进行全面的掌握，利用自动化控制系统，可对水电站附近水源的水位情况、水量变化等进行监控，在利用水电站控制及时对其进行适当的调整。通常，水电站的起动开度、调速器等，一般是按水轮机设计的水头，当水轮机处于低水头运行状态，且水电站的水头有所降低时，电液调整器在这种状态下难以使机组达到额定转速，就会在开度指示仪中形成串接电阻，或更换芯片，以便调节器输出值与开度指示形成差值开机组，实现水文信息自动化控制。

4.2 水电站机组的遥视监控系统

水电站机组的遥视监控系统，设计目的就是为了保护梯级水电站运行环境的相关信息，并对重要设备运行状况进行实时监控。当发现异常现象，如：环境温度过高、电源故障、空调停运、机房停电、盗窃、火灾等情况时，水电站的遥视监控系统便能够及时报警并作相关记录，以免发生重大故障，影响水电站的运行效率和运行质量。水电站的遥视监控系统利用数据通信技术，对各级水电站的运行状况进行远程、实时监控，形成一个相对完整、全面的监控系统，提高水电站的运行效率，并减低水电站的维护成本，实现梯级水电站控制监督。水电站的遥视监控系统系统融合了现代先进的TCP/IP网络技术，利用梯级水电站的紫铜哈系统，对各信息实现收集、处理，能够对下级电站运行状况及安防信息进行的远程集中监控，并对主站资源、通道资源进行自动化控制与系统内资源共享。

4.3 水电站自动化控制技术中的继电保护

水电站自动化控制技术中的继电保护对整个水电站的正常运行也具有不容忽视的作用，继电保护一般在水电站电机发生故障或出现安全隐患时使用[2]。水电站运行管理中，一般具有保护电力元件的成套设备被称为继电保护装置，其作用主要是保证水电站运行管理中各电力设备、电力元件的运行安全。通常，所有的电力元件、电力设备都需要在继电保护的状态下进行运作，若电机、变压器、输电线路、母线等电设备出现故障时，须在最短的时间、最小的范围内进行各电力元件、电力设备的自动切断，有效减轻故障对电力设施及设备造成的损伤，影响周边供电效果。

5 结束语

水电站利用自动化控制技术，能够有效提高机电设备运行效率，改善用工环境，是水电站电机设备改革的必然趋势。水电企业在运行管理中，可以利用现代化控制技术，提高企业的管理效果和运行效率，对机电设备进行综合维护，实现水电站的智能管理，保证电能质量。

[1]加 措.水电站自动化运行系统的应用与设计[J].珠江水运，2015，09（18）：80～81.

[2]张祖垚，孙海波.小型水电站电气自动化应用探讨[J].中国水能及电气化，2015，02（119）：29～31.

TV736

A

1004-7344（2016）04-0093-02

2016-1-5

徐东（1974-），男，助理工程师，中专，主要从事电站运行值长等工作。